19482

Паралельні компютерні архітектури

Доклад

Информатика, кибернетика и программирование

Паралельні комп'ютерні архітектури Швидкість роботи комп'ютерів стає все вище а й вимоги до них постійно зростають. Астрономи намагаються відтворити всю історію Всесвіту з моменту великого вибуху і до сьогоднішнього дня. Фармацевти хотіли б розробляти нові лікарськ

Украинкский

2013-07-12

42.8 KB

2 чел.

Паралельні комп'ютерні архітектури

Швидкість роботи комп'ютерів стає все вище, а й вимоги до них постійно зростають. Астрономи намагаються відтворити всю історію Всесвіту з моменту великого вибуху і до сьогоднішнього дня. Фармацевти хотіли б розробляти нові лікарські препарати за допомогою комп'ютерів, не приносячи в жертву легіони щурів. Розробники літальних апаратів могли б отримувати кращі результати, якби замість будівництва величезних аеродинамічних труб моделювали свої конструкції на комп'ютері. Якщо говорити коротко, якими б потужними не були комп'ютери, їх можливостей ніколи не вистачить для вирішення багатьох нетривіальних задач (особливо наукових, технічних і промислових).

Хоча тактова частота постійно зростає, швидкість комутації не можна збільшувати нескінченно. Головною проблемою залишається швидкість світла - неможливо примусити протони й електрони рухатися швидше. Через високу тепловіддачу комп'ютери перетворилися на кондиціонери. Нарешті, оскільки розміри транзисторів постійно зменшуються, зрештою настане час, коли кожен транзистор буде складатися з декількох атомів, тому основною проблемою можуть стати закони квантової механіки (наприклад, принцип невизначеності Гейзенберга).

В результаті, щоб мати можливість вирішувати більш складні завдання, розробники звернулися до комп'ютерів паралельної дії (далі - паралельні комп'ютери). Неможливо побудувати комп'ютер з одним процесором і часом циклу в 0,001 не, але зате можна побудувати комп'ютер з 1000 процесорами, час циклу кожного з яких складає 1 не. І хоча швидкодії кожного процесора в другому випадку очевидно мало, теоретично ми повинні отримати необхідну продуктивність.

Паралелізм можна вводити на різних рівнях. На самому низькому рівні він може бути реалізований в процесорі за рахунок конвейеризації і суперскалярної архітектури з кількома функціональними блоками. Прихованого паралелізму можна добитися шляхом значного подовження слів в командах. За допомогою додаткових функцій можна «навчити» процесор одночасно обробляти кілька програмних потоків. Нарешті, можна встановити на одній мікросхемі кілька процесорів. Проте всі ці прийоми, разом узяті, здатні підвищити продуктивність максимум в 10 разів у порівнянні з класичними послідовними рішеннями.

На наступному рівні можливе впровадження в систему зовнішніх плат ЦП з поліпшеними обчислювальними можливостями. Як правило, в підключаються процесорах реалізуються спеціальні функції, такі як обробка мережевих пакетів, обробка мультимедійних даних, криптографія і т. д. Продуктивність спеціалізованих додатків за рахунок цих функцій може бути підвищена в 5-10 разів.

Щоб підвищити продуктивність в сто, тисячу чи мільйон разів, необхідно звести воєдино численні процесори і забезпечити їх ефективну взаємодію. Цей принцип реалізується у вигляді великих мультипроцесорних систем і мультікомпьютеров (кластерних комп'ютерів). Природно, об'єднання тисяч процесорів у єдину систему породжує нові проблеми, які потрібно вирішувати.

Нарешті, останнім часом з'явилася можливість інтеграції через Інтернет цілих організацій. В результаті формуються слабо пов'язані розподілені обчислювальні сітки, або грати. Такі системи тільки починають розвиватися, але їх потенціал досить високий.

Коли два процесори або обробних елемента знаходяться поруч і обмінюються великими обсягами даних з невеликими затримками, вони називаються сильно пов'язаними (tightly coupled). Відповідно, коли два процесори або обробних елемента розташовуються далеко один від одного і обмінюються невеликими обсягами даних з великими затримками, вони називаються слабо пов'язаними (loosely coupled). У цьому розділі ми обговоримо принципи розробки систем цих форм паралелізму і розглянемо ряд прикладів. Почавши з сильно пов'язаних систем, для яких характерний внутріпроцессорний паралелізм, ми поступово перейдемо до слабо зв'язаних систем і в завершальній частині голови поговоримо про розподілених обчислювальних системах. Приблизний спектр розглянутих тим ілюструє рис. 8.1.

 

Рис. 8.1. Внутріпроцессорний паралелізм (а); співпроцесор (б); мультипроцессор (в); мультікомпьютер (г); слабо пов'язана розподілена обчислювальна система (д)

Паралелізм постійно виявляється темою гарячих дискусій, у зв'язку з чим в цьому розділі незвично багато посилань - в основному, на недавні роботи про заданій темі.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

35567. Металлургия черных металлов 1.51 MB
  Дан расчет количества МНЛЗ обращено внимание на выбор типа и основных проектных характеристик МНЛЗ. Типы МНЛЗ и их применение. Расчет количества МНЛЗ для рассматриваемого примера. На обоих предприятиях установлена и внедрена в производство установка внепечной очистки сталей АКВОС на ОАО €Электросталь€ строится 5й СПЦ который планируется оборудовать двумя ДСП20 агрегатами внепечной очистки стали и МНЛЗ.
35568. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЕЧАХ 1.01 MB
  Курс лекций Технология производства стали в электрических печах ГОУ СПО Красносулинский металлургический колледж г. Данное методическое пособие является кратким курсом лекций по дисциплине Технология производства стали в электрических печах для студентов 3 курса специальности 150108 Порошковая металлургия композиционные материалы покрытия СОДЕРЖАНИЕ АННОТАЦИЯ. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ.
35569. Матанализ Конспект лекций 20.29 MB
  Свойства бесконечно малой последовательности. Теорема. Сумма бесконечно малой есть бесконечно малое. Теорема Произведение бесконечно малого есть бесконечно малое. Теорема о представление последовательности имеющий конечный предел. Теоремы о пределах числовых последовательностей. Теорема о пределе суммы/ Теорема о произведение пределов///
35571. Физика. Конспект лекций 1.43 MB
  Статическое электромагнитное поле электростатика Общие свойства электростатического поля Потенциал разумная выборка Поля создаваемые распределениями зарядов с хорошей симметрией Центральная сферическая симметрия. Поле создаваемое равномерно заряженной плоскостью. Поле создаваемое произвольным распределением заряда.
35572. Описание микропроцессора MC68HC908GP32 56 KB
  МК содержат на кристалле резидентное ПЗУ программ режим адресации внешней памяти у большинства моделей отсутствует. Интеграция на кристалле МК трех типов памяти: памяти программ maskROM FLASH оперативной памяти данных статическое ОЗУ и энергонезависимой памяти данных ЕЕPROM которая программируется и стирается в рабочем режиме МК под управлением программы пользователя без подключения дополнительных источников питания. В первой группе следует выделить команду пересылки данных между двумя ячейками памяти минуя регистры центрального...
35573. Транспортная и автомобильная система. ВВЕДЕНИЕ В СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 3.42 MB
  В учебном пособии содержатся краткие сведения по обязательным дисциплинам формирующим профессиональные навыки у специалистов в области сервиса автомобильного транспорта: типаж подвижного состава эксплуатационные материалы единая транспортная система и автомобильные перевозки техническая эксплуатация и ремонт автомобилей предприятия автомобильного сервиса и системы фирменного обслуживания.2] Общая компоновка автомобилей [4.3] Типаж автомобилей [4.13] Производственнотехническая база автосервиса [5] Автомобильные эксплуатационные материалы...
35574. ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТЯГИ 3.27 MB
  Построить электромеханические характеристики на ободе колеса VI FI I для всех схем соединений двигателей и всех степеней ослабления поля используя нагрузочные характеристики характеристики магнитных и механических потерь характеристику потерь мощности в механической передаче. Режим пуска нанести на электромеханические характеристики двигателя VI на ободе колеса. Построить тяговые характеристики поезда FV для всех режимов включения двигателей. Нанести на эти характеристики ограничения по сцеплению максимальной скорости и...